Idrogeno solido

Idrogeno metallico: alla ricerca del superconduttore a temperatura ambiente

La sfida mondiale della metalizzazione dell’idrogeno vede il Dipartimento di Fisica della Sapienza Università di Roma in prima linea. Lo studio, volto allo sviluppo di nuovi strumenti altamente efficienti per l’elettronica e per il settore dell’energia, è stato pubblicato sulla rivista Nature Physics 

È possibile prendere un gas come l’idrogeno e comprimerlo fino a renderlo solido e resistente come il metallo?

La risposta è affermativa e arriva dal team di ricercatori del Dipartimento di Fisica della Sapienza che, in un nuovo studio pubblicato sulla rivista Nature Physics con la collaborazione delle università di Trento e dei Paesi Baschi, ha calcolato le caratteristiche fisiche (conducibilità elettrica, colore e lucentezza) e le proprietà chimiche dell’idrogeno al variare della pressione. 

La ricerca si inserisce in un filone di studi che da decenni vede gruppi di tutto il mondo impegnati nel comprimere gli atomi di idrogeno per creare, in laboratorio e a temperatura ambiente, un superconduttore dalle prestazioni molto elevate, che non si surriscaldi e non disperda energia. Peculiarità che rendono il materiale di grande interesse per applicazioni nel settore energetico e dell’elettronica e in altre svariati contesti dove sono richiesti materiali in grado di funzionare anche in condizioni estreme. 

L’idrogeno metallico venne teorizzato per la prima volta oltre 80 anni fa e viene considerato un santo graal dai fisici. Per “raggiungerlo” occorre schiacciare tra loro molecole di idrogeno (cosiddetto confinamento quantico) attraverso una pressione molto elevata di circa 500 gigapascal (si pensi che un solo gigapascal equivale alla pressione esercitata dal peso di un elefante sulla superficie di una moneta da un euro). 

I ricercatori hanno sviluppato e utilizzato un modello teorico di avanguardia per poter simulare l’idrogeno ad alta pressione al computer, ma anche per scoprire se ci fossero errori nei dati sperimentali e dunque far chiarezza sui meccanismi di metallizzazione dell’idrogeno.

“Siamo stati molto sorpresi quando i risultati delle simulazioni hanno confermato tutti i dati sperimentali - spiega Lorenzo Monacelli del Dipartimento di Fisica della Sapienza e primo autore del lavoro -  l’idrogeno metallico è un materiale particolarissimo: non solo è un metallo nero (caso raro, come la grafite), ma è addirittura trasparente alla luce infrarossa e questo lo rende unico”.

 

Riferimenti: 

Black metal hydrogen above 360 GPa driven by proton quantum fluctuations - Lorenzo Monacelli, Ion Errea, Matteo Calandra & Francesco Mauri - Nature Physics (2020) DOI: 10.1038/s41567-020-1009-3 

 

Info 

Lorenzo Monacelli
Dipartimento di Fisica
lorenzo92monacelli@gmail.com

Francesco Mauri
Dipartimento di Fisica
francesco.mauri@uniroma1.it

 

Martedì, 29 settembre 2020

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